Seit dem 01.01.2022 fördert das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) das von Airbus geleitete Verbundvorhaben TIRIKA („Technologien und Reparaturverfahren für nachhaltige Luftfahrt in Kreislaufwirtschaft“) im Rahmen des Luftfahrtforschungsprogramms VI-2. Das Leibniz-IWT ist als Verbundpartner mit fertigungs- und werkstofftechnischer Expertise in verschiedenen Arbeitspaketen zu optimierten Bauteilen und Prozessen für die Luftfahrt vertreten. Die darin eingesetzte heißisostatische Presse eröffnet hierbei neue Möglichkeiten für Anwendungen des 3D-Drucks.

Um den Treibstoffverbrauch von Passagierflugzeugen weiter zu reduzieren, wird zunehmend auf moderne Fertigungstechnologien, wie den 3D-Druck, zurückgegriffen. 3D-gedruckte Komponenten können eine nahezu beliebige Konstruktion aufweisen. Auf diese Weise können Komponenten an die spezifischen Anforderungen im Flugzeug angepasst und mit geringerem Gewicht konstruiert werden. Das dafür in der Luftfahrt zunehmend eingesetzte 3D-Druckverfahren wird als selektives Laserschmelzen oder auch als Laser Powder Bed Fusion (LPBF) bezeichnet. Hierbei wird ein Metallpulver, wie beispielsweise eine Titanlegierung, schichtweise mit einem Laser geschmolzen und zu einem Bauteil geformt. Das punktuelle Aufschmelzen mit dem Laser und das schnelle Abkühlen führen zu Werkstoffeigenschaften, die für Luftfahrtanwendungen ungeeignet sind. Erst mit einer nachgelagerten Wärmebehandlung und einem heißisostatischem Pressen (HIP), also der Kombination aus Hitze und Druck zur Minimierung von Poren, werden die gewünschten Werkstoffeigenschaften eingestellt. Die hierfür verwendete Anlage (die „HiPe“) kann dabei Temperaturen bis 1400 Grad Celsius und 2.000 bar Druck erreichen.

Aktuell etablierte Wärmebehandlungs- und HIP-Prozesse wurden zwar für Titanlegierungen entwickelt, jedoch nicht speziell für 3D-gedruckte Komponenten. Daher forscht das Leibniz-IWT in Kooperation mit Airbus, Liebherr-Aerospace Lindenberg und dem ECOMAT Forschungs- und Technologiezentrum an neuen Ansätzen, die das werkstoffmechanische Potenzial von 3D-gedruckten Titankomponenten weiter ausreizen. Somit sollen die Kosten für den Einsatz additiv gefertigter Komponenten in der Luftfahrt reduziert und eine breitere Anwendung dieser leichteren Komponenten in der Luftfahrt ermöglicht werden.

Foto: Marcus Meyer Photography